CC BY
62
УДК 504
ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПРОДУКТІВ УТИЛІЗАЦІЇ АВТОПОКРИШОК МЕТОДОМ ПІРОЛІЗУ
О.І. Позднякова, доцент, к.х.н., М.В. Статилко, студент, ХНАДУ
Анотація. Досліджена можливість застосування продуктів піролізу автопокришок як палива. Встановлено технічні параметри у продуктах піролізу. Проведено порівняльний аналіз продуктів утилізації автопокришок та традиційних палив.
Ключові слова: піроліз, утилізація, автопокришки, шлак, піролізна рідина, паливо, енергетичні ресурси.
Вступ
У наш час дуже важливою проблемою в світі стала нестача енергетичних ресурсів. Тому необхідно створювати нові та вдосконалювати вже існуючі технології по переробці використаної сировини.
Однією з таких проблем є використання та утилізація автомобілів, зокрема, утилізація автопокришок. Вони є джерелом тривалого і стійкого забруднення навколишнього середовища внаслідок високої стійкості до дії природних чинників. Крім того, при утилізації автопокришок економиться природна, дефіцитна сировина.
Для України в умовах нестачі власних енергоресурсів застосування вторинної сировини у якості палив є особливо актуальним, обсяг зношених автопокришок для нашої країни становить 150 тис. т. на рік. З цією метою можна використовувати паливо, що утворюється при утилізації автомобільних шин.
Аналіз публікацій
Одним з найбільш поширених методів утилізації автопокришок є метод високотемпературного піролізу. Об’єктом наших досліджень були тверді та рідкі продукти піролізу, що одержуються на дослідно-промисловому устаткуванні для піролізу автопокришок. Піроліз автопокришок проходить при температурі 550 °С. За добу обладнання дозволяє переробити 4 тони зношених автопокришок та одержати три типи продуктів: твердий залишок, піролізну рідину та газоподібні продукти. Таке обладнання дозволяє переробляти автопокришки як з металокордом, так і без нього. Металокорд, що одержується в процесі піролізу утилізується як металолом. Наскільки нам відомо, в Україні існує тільки одне
підприємство, у м. Комсомольску, яке працює на італійському обладнанні та переробляє автопокришки з металокордом у гумову крихту.
Дослідження екологічних характеристик та фізико-хімічних властивостей твердих та рідинних продуктів піролізу автопокришок проводяться на кафедрі екології і хімії ХНАДУ. Головним чином робиться акцент на економію природної сировини, а також утилізацію такого виду гумових виробів, як відпрацьовані
автомобільні шини.
Мета та постановка задачі
Мета роботи - дослідження властивостей продуктів утилізації автопокришок методом піролізу
Характеристика та особливості процесу піролізу
На першому етапі об'єктом наших досліджень був твердий шлак, який утворюється при утилізації суміші різноманітних автопокришок як з металокордом, так і без нього методом високотемпературного піролізу на дослідно-промисловій установці, яка працює у Харківський області. Для характеристики шлаку як палива, необхідно було показати, що екологічні показники шлаку не гірші, ніж у вугілля. З цією метою ми досліджували хімічний склад золи і газів, що утворяться, проводили технічний аналіз шлаку. Результати порівнювали з аналогічними усередненими показниками вугілля Донецького вугільного басейну.
Технічний аналіз шлаку включає визначення в ній вологості, зольності, виходу летких речовин, виходу і характеру твердого нелеткого залишку, а також загального вмісту сірчистих з'єднань,
перелічених на сірку. Результати технічного аналізу шлаку характеризують практичну її цінність, зокрема, для цілей спалювання. Визначення відсоткового вмісту вуглецю, водню, кисню, азоту й органічної сірки в органічних речовинах шлаку проводили за стандартними методиками. Отримані дані були зіставлені з аналогічними показниками для вугілля. Отже, за елементним складом головних компонентів, які відповідають за кількість тепла, що утворюється при спалюванні, тобто вмісту вуглецю та водню, шлак практично не відрізняється від вугілля. Вміст сірки в шлаку склав 1,8 %, що відповідає вмісту сірки у різноманітних марках вугілля, але у три рази більше ніж у вугіллі марки «Т». Таким чином при застосуванні шлаку як самостійного палива необхідно передбачати додаткове газоочисне обладнання для нейтралізації газів від сполук сірки. При застосуванні шлаку у якості додатків до твердого палива необхідно буде встановити оптимальні відношення сумішей шлак - вугілля для спалювання таких сумішей без додаткового газоочисного обладнання.
На другому етапі для визначення можливості застосування рідинних продуктів піролізу як паливо та вивчення їх впливу на довкілля у наших дослідженнях було проведено порівняльний аналіз екологічних показників рідинних продуктів утилізації та традиційних палив, а також визначення можливості їх застосування у промислових котельнях. Для характеристики піролізної рідини як палива, необхідно було визначити її фізичні показники та екологічні характеристики і порівняти ці значення з характеристиками традиційних палив. З цією метою ми досліджували щільність при 20 °С, в’язкість кінематичну при 20 °С, зольність, масову частку механічних домішок, масову частку води, наявність водорозчинних кислот і лугів, масову частку сірки, температуру спалаху у відкритому та закритому тиглях, температуру застигання та теплоту згоряння у перерахунку на сухе паливо.
Отримані результати порівнювали з аналогічними показниками мазуту марки 40, ДСТУ 4058 - 2001, дизельного пального марки З ДСТУ 3868 - 99 та пічного побутового палива, ТУ 38101656 - 76.
Отже, можна зробити такі висновки. За щільністю піролізна рідина перевищує дизельне пальне на
0,05%, для пічного палива ця величина не нормується. Кінематична в’язкість піролізної рідини більше приблизно на 40%, ніж для пічного побутового палива та максимальних показників для дизельного пального. Масова частка механічних домішок найменша з аналізуємих палив. Масова частка води співпадає з аналогічними значеннями пічного побутового палива і значно менше ніж для мазуту, а для дизельного пального кількість води не
нормується. У всіх розглянутих видах палив відсутні водорозчинні кислоти та луги.
Температура спалаху у закритому тиглі
відрізняється від пічного побутового палива лише на 3°С і на 10°С вище, ніж у дизельного пального. У відкритому на 30% більша ніж для мазуту, для іншого палива ця характеристика не нормується. Температура застигання співпадає з температурою дизельного пального та є меншою на 10-25 °С у порівнянні з іншими паливами. Зольність продуктів піролізу у 3 рази вище, ніж у пічного побутового палива та в 4-6 разів більша, ніж у дизельного пального та мазуту. Вміст сірки вище верхньої допустимої межі ніж для пічного побутового палива на 13% та складає 0,67%.
Висновки
Таким чином за своїми властивостями піролізна рідина більше за всього наближається до пічного побутового палива. Але треба враховувати, що при безпосередній заміні пічного побутового палива на піролізну рідину буде підвищений викид у повітря золи та сполучень сірки.
У випадку застосування піролізної рідини у промислових котельнях необхідно буде встановлювати газоочисні прилади для зменшення викидів сірки та золи. Такі прилади виготовлюються у промисловості та застосовуються на виробництві. В першу чергу до них відносяться циклони, скрубери Вентурі та таке інше. Тобто існує реальна можливість застосовувати продукти піролізу як пічне паливо у промислових котельнях.
В умовах енергодефіциту власних енергетичних ресурсів в Україні застосування піролізної рідини є альтернативним рішенням застосування рідинного пального, яке головним чином імпортується в Україну, одночасно вирішується проблема утилізації зношених автопокришок.
Література
1. Мальцев В.М., Сухорутченко Н.М. Актуальные
проблемы переработки изношенных шин // Химическая промышленность Украины. -1995. - №3.
2. Позднякова О.І., Омельяненко Е.Б., Конева
Я.Н. Екологічні аспекти утилізації зношених шин // Прогресивні технології і енергозбереження в дорожньому будівництві. - К.: 2001, 24-26 жовтня.
3. Проглов Ф.А. Застосування відходів гуми //
Хімічна промисловість України. -1996. -№6.
Рецензент: Е.Б. Хоботова, професор, д.х.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 4 вересня 2006 р.
